DE69503170T2

DE69503170T2 - Überspannungsschutz

Info

Publication number: DE69503170T2
Application number: DE69503170T
Authority: DE
Inventors: Seppo Suur-Askola
Original assignee: Kone Corp
Current assignee: Kone Corp
Priority date: 1994-04-14
Filing date: 1995-04-18
Publication date: 1998-10-22
Anticipated expiration: 2015-04-19
Also published as: US5633773A; FI941720A; CN1117661A; AU695655B2; EP0677910A2; EP0677910A3; FI941720A0; ES2118470T3; DE69503170D1; CN1038629C; FI98255B; JPH0847171A; CA2146941A1; FI98255C; CA2146941C; BR9501589A; EP0677910B1; AU1649695A

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Schutz von Eingabe-/Ausgabe-Schaltungen gegen Überspannungen und auf eine entsprechende Vorrichtung.
Überspannungen treten hin und wieder auf, und sie verursachen Schäden in empfindlicher E/A-Elektronik. E/A-Spannungen liegen in der Größenordnung von 0...32 V. Wenn es beispielsweise passiert, daß eine Netzspannung (230 V, 50 Hz) an einen E/A- Stift angelegt wird, so wird eine normale E/A-Elektronik irreparabel beschädigt. Dies führt zu Wartungsproblemen und erhöhten Kosten. Es gibt verschiedene Komponenten, wie Varistoren und überspannungs-Zenerdioden, für den Schutz gegen Blitz und momentane Überspannungen. Wenn jedoch eine Spannung von 230 V direkt einer elektronischen Schaltung zugeführt wird, so werden solche Bauteile ihr nicht standhalten. Wenn ein Monteur einen Fehler macht, kann es passieren, daß 230 V an Niederspannungsschaltungen angelegt wird, und dies führt zu einer weiteren Beschädigung der Ausrüstung und zu Sicherheitsrisiken. Die Komponenten vertragen keine Spannung von 230 V und sie haben eine sehr begrenzte Leistungskapazität.
EP-A 401 410 beschreibt ein Verfahren für den Schutz einer elektronischen Schaltung gegen Überspannungen. Es wird ein Stromweg bereitgestellt, der eine erste Diode umfaßt, durch deren Strömweg ein Strom fließt, wenn die Netzspannung negativ ist, und ein zweiter Stromweg, der eine zweite Diode und einen Haibleiterschalter umfaßt, wobei der Haibleiterschalter mittels einer Zeitverzögerungsschaltung geschaltet wird, die durch eine positive Spannung geladen wird. Der Strom, der durch den Stromweg fließt, wird verwendet, um eine Schutzvorrichtung auszulösen.
Das Verfahren der Erfindung gemäß Anspruch 1 und die Vorrichtung gemäß Anspruch 5 verhindern das Anlegen einer Überspannung an empfindliche elektronische E/A-Schaltungen im Falle einer Fehlfunktion. In diesem Schutzsystem überschreitet die Spannung am E/A-Stift nie die erlaubten Werte. Die Erfindung liefert die folgenden Vorteile:
- sie bewirkt keine Änderung der Betriebspunkte der elektronischen E/A-Schaltungen oder irgendwelche andere Verzögerungen oder Impedanzen der elektronischen E/A-Schaltungen;
- sie bietet einfache E/A-Leitungen;
- sie ist billig, wenn eine große Zahl E/A-Leitungen vorhanden sind;
- sie gestattet hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten;
- sie filtert Funkfreguenzstörungen aus;
- sie erfordert keine Filter;
- sie kann als Option in alten Aufzügen installiert werden, um einen nachträglichen Schutz vorhandener Schaltungen zu ermöglichen.
Nachfolgend wird die Erfindung im Detail mit Hilfe eines Beispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen, die den Betrieb der Schutzschaltung darstellen, beschrieben.
Fig. 1 zeigt den Betrieb der Schutzschaltung.
Fig. 2 zeigt eine Diodenbrücke, die verwendet wird, um die Dioden V1N, V2N, V1P und V2P zu ersetzen.
Der Betrieb der Schutzschaltung wird durch Fig. 1 gezeigt. In der Überspannungsschutzschaltung ist Stift I/01 enthalten, der zur elektronischen Schaltung gehört und den Startpunkt eines Stromweges 1 darstellt. Mit diesem Leiter ist eine Diode V1N verbunden, deren Anode mit Erde verbunden ist. Der Stromweg setzt sich zu einer Elektronikeinheit 5 fort. Die Anode der zweiten Diode V1P ist ebenfalls mit diesem Stromweg 1 verbunden. Ein Strom ip fließt entlang des Stromweges 1 über die Diode VlP und weiter entlang des Stromweges 2 über Stift 3 zu Schaltung 4, die allen E/A-Schaltungen gemeinsam ist, und in dieser Schaltung zu einem Kondensator C1, der parallel zu einem Kondensator C2 geschaltet ist, wobei beide mit Erde verbunden sind. Parallel zum Kondensator C1 ist ein Thyristor T1 geschaltet, dessen Gate-Anschluß mit einem Widerstand R2 verbunden ist. Das andere Ende dieses Widerstands R2 ist über den Widerstand R1 mit Erde und über die Zenerdiode Z1 und den Stift 3 mit dem Leiter 2 verbunden. Eine Leistungsouelle +Vs ist über den Widerstand R3 mit Stift 3 verbunden. Eine Zeitverzögerungsschaltung wird durch den ersten Kondensator C1 und den parallel damit verbundenen Thyristor ausgebildet, wobei die Thyristorzündschaltung über eine Zenerdiode Z1 mit Stift 3 verbunden ist.
Fig. 2 stellt eine Diodenbrücke dar, die verwendet werden kann, um die Dioden V1N, V2N, V1F und V2P in Fig. 1 zu ersetzen. Die Diodenbrücke ist eine allgemein bekannte Schaltung.
Die Netzspannung VAC ist eine Spannung, die man aus dem öffentlichen Netz erhält, und die als Energiequelle in Instrumententafeln verwendet wird. Im Falle einer Fehlfunktion kann die Netzspannung VAC mit einer E/A-Leitung in Kontakt gelangen. Wenn die Netzspannung VAC im Moment, wenn die Fehlfunktion auftritt, negativ ist, so ergibt sich daraus, daß der Strom ip entlang dem Stromweg 1 vom Stift I/01 über die Diode V1N zu Erde läuft und die Sicherung der VAC-Quelle auslöst. Bei dieser Sicherung handelt es sich um die allgemeine Sicherung der elektrischen Versorgung der Intstrumententafel, wobei diese in der Sekundärschaltung eines entkoppelnden Transformators plaziert ist. Wenn die Netzspannung VAC im Moment der Fehlfunktion positiv ist, so folgt, daß der Strom ip entlang des Stromweges 1 über die erste Diode V1P und weiter entlang des Stromweges 2 zu Stift 3 und zum Kondensator C1 in Schaltung 4 fließt. In einer normalen Situation wird C1 auf eine Spannung +Vs über den Widerstand R3 aufgeladen. +Vs ist eine Spannungsquelle (24 V) und ihre Funktion besteht darin, die Auslösegrenze der Schutzschaltung oberhalb der Instrumententafelversorgungsspannung zu halten. Der Strom ip lädt den Kondensator C1, bis die Spannung VC1 den Auslösepegel der Zenerdiode Z1 übersteigt. VC1 ist eine Spannung, auf die der Kondensator C1 aufgeladen werden kann, bevor der Thyristor gezündet wird und die Kondensatoren C1 und C2 entlädt. Wenn der Auslösepegel überschritten wird, wird ein Strom an den Gate-Anschluß des Thyristors über den Widerstand R2 gegeben. Dies schaltet den Thyristor T1 in den leitenden Zustand. Der Strom ip wird nun durch den Thyristor T1 fließen, bis die Sicherung der VAC-Quelle ausgelöst wird. Der Widerstand R1, der mit Erde verbunden ist, verhindert eine unberechtigte Zündung des Thyristors. Der Widerstand R1, der zwischen dem Gate und der Kathode des Thyristors T1 geschaltet ist, dient zur Verminderung der Impedanz der Gateschal tung, und um unberechtigte Energie hinter das Gate zur Kathode zu leiten, um somit zu verhindern, daß die Gate-Spannung auf den Zündpegel steigt. Der Kondensator C2, der parallel zum Kondensator C1 geschaltet ist, empfängt vorübergehende Interferenzspitzen. Die Dioden V1N - VNN und V1P - VNP und der Thyristor Rl müssen Stromraten haben, die den Sicherungswert der Sicherung übersteigen. Der Strom, der durch die Stromwege 1 und 2 fließt, wird verwendet, um die Schutzvorrichtung auszulösen. Es kann eine unbegrenzte Anzahl E/A- Leitungen verbunden werden.
Für einen Fachmann ist es offensichtlich, daß die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Beispiele beschränkt sind, sondern daß sie statt dessen innerhalb des Umfangs der unten vorgestellten Ansprüche variiert werden können. Beispielsweise kann der Thyristor durch ein Triac, einen Transistor, einen GTO-Thyristor oder IGBT-Transistoren ersetzt werden.

Claims

1. Verfahren zum Schutz der E/A-Schaltung einer elektronischen Schaltung gegen Überspannungen, die an einen Leiter der E/A-Schaltung angelegt werden, wobei das Verfahren folgende Schritte umfaßt:

- Bereitstellen eines Stromweges (1), der eine erste mit ihrer Kathode mit diesem Leiter verbundene Diode (V1N) umfaßt, durch welchen Stromweg ein Strom (ip) fließt, wenn die Überspannung negativ ist;

- Bereitstellen eines zweiten Stromweges (2), der eine zweite mit ihrer Anode mit dem Leiter verbundene Diode (V1P), und eine in Serie zur zweiten Diode geschaltete Zeitverzögerungsschaltung (4) umfaßt;

- Bereitstellen eines Halbleiterschalters (T1), beispielsweise eines Thyristors, der parallel zur Zeitverzögerungsschaltung (4) geschaltet ist, und durch diese Zeitverzögerungsschaltung, geladen durch eine positive Spannung, gezündet wird, wobei der Strom, der durch die Stromwege (1, 2) fließt, verwendet wird, um eine Schutzvorrichtung auszulösen.

2. Verfahren nach Anspruch 1 für den Schutz einer elektronischen Schaltung gegen Überspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster Kondensator, der mit einem Stift (3) der Zeitverzögerungsschaltung (4) und parallel mit einem anderen Kondensator verbunden ist, vorübergehende Interferenzspan nungsspitzen entfernt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2 für den Schutz einer elektronischen Schaltung gegen Überspannungen, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Dioden (V1N - VNN) und die zweiten Dioden (V1P - VNP) und der Thyristor (T1) der Zeitverzögerungsschaltung (4) Nennströme aufweisen, die den Sicherungswert einer in der Sekundärschaltung eines entkoppelnden Transformators angeordneten Netzsicherung überschreiten.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsschaltung (4) mehreren E/A-Schaltungen gemeinsam ist.

5. Vorrichtung zum Schutz der E/A-Schaltung einer elektronischen Schaltung gegen Überspannungen, die eine erste in Sperrichtung vorgespannte Diode (V1N) umfaßt, deren Kathode mit einem Leiter der E/A-Schaltung der elektronischen Schaltung verbunden ist, und deren Anode direkt mit Erde undmit einer Serienschaltung einer zweiten in Durchlaßrichtung vorgespannten Diode (V1P) und einer Zeitverzögerungsschaltung (4) verbunden ist, wobei die Anode der zweiten Diode mit dem Leiter verbunden ist, und die Zeitverzögerungsschaltung mit Erde verbunden ist, um somit den Leiter mit Erde zu verbinden.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsschaltung (4) einen ersten Kondensator (C1) und einen parallel damit verbundenen Thyristor (T1) umfaßt, wobei die Zündschaltung des Thyristors über eine Zenerdiode (Z1) mit der Kathode der zweiten Diode (V1P) verbunden ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsschaltung (4) mehreren E/A-Schaltungen gemeinsam ist, und daß die ersten und zweiten Dioden als Brückenschaltung geschaltet sind.